WO2010149497A1 - Wandlereinrichtung zum wandeln einer rotationsbewegung in eine translationsbewegung und aktuator - Google Patents

Wandlereinrichtung zum wandeln einer rotationsbewegung in eine translationsbewegung und aktuator Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a transducer device for converting a rotational movement of a drive element into a translational movement of an output element.
  • Such converter devices are widely used, in particular in motor vehicle engineering. Through them, a rotational movement of an engine is converted into a substantially rectilinear movement, which can be used, for example, to actuate different functional units.
  • the problem often arises that an actuation movement is currently not possible and that a forced actuation movement could severely burden and even damage the components involved.
  • a parking brake having a pawl with a ratchet tooth, which engages in a recess of a ratchet wheel to lock a rotatably connected to the ratchet shaft.
  • the engagement of the ratchet tooth is effected by a translational movement acting on the pawl.
  • the converter device comprises an energy storage device which is designed such that at least part of a kinetic energy generated by the rotational movement can be stored at least temporarily by the energy storage device.
  • the rotational movement - figuratively speaking be “cached” or “buffered” to be released again at a later date, in particular in the form of a translational movement.
  • the converter device according to the invention thus buffers the kinetic energy supplied to it until it can be dispensed again. Otherwise, this kinetic energy would be harmful / damaging to the components involved.
  • an intermediate element which is in drive connection with the drive element and which is movable relative to the output element.
  • the energy storage device Device is designed such that a kinetic energy associated with a relative movement of the intermediate member and the output member is receivable.
  • a drive movement which is supplied to the drive element of the converter device on the input side, thus initially serves for the movement / displacement of the intermediate element.
  • This is not fixedly connected to the output element, but may occupy different positions with respect to it in order to accommodate the drive movement provided, for example, by an actuator motor, at least partially and at least for a certain time before it is delivered to the output element of the converter device.
  • the energy storage device thus has the task of storing the relative movement in another form of energy.
  • the relative movement of the intermediate element and of the output element may be a relative rotation, the energy storage being effected by a corresponding spring, for example a spiral spring.
  • the intermediate element and the output element are preferably movable in a direction parallel to the translational movement, in particular coaxially relative to one another,
  • a structurally simple embodiment of the converter device provides that the drive element is a threaded spindle and the intermediate element is a corresponding threaded nut, which together form a spindle drive.
  • the energy storage device comprises an elastic element, such as a coil spring, which is arranged in particular such that its longitudinal axis extends coaxially with the drive element.
  • the elastic properties of said element can be adapted to the current situation in order to generate corresponding buffering effects / characteristics.
  • the invention further relates to an actuator with a motor and a converter device according to at least one of the embodiments described above, wherein the drive element of the converter device is connected to drive, in particular directly to a drive shaft of the motor.
  • FIG. 1 shows an actuator 10 that includes a motor 12 and a transducer device 14.
  • a motor shaft 16 of the motor 12 is rotatably connected to a spindle 18 of the converter device 14.
  • the spindle 18 is mounted at its ends by a ball bearing 20 and a needle bearing 20 '.
  • the spindle 18 has an external thread 22, which is in connection with an internal thread of a threaded nut 24.
  • the spindle 18 Upon rotation of the motor shaft 16, the spindle 18 is set in rotation, whereby a translational movement of the threaded nut 24 is generated (spindle drive J.
  • the translational movement of the threaded nut 24 is transmitted via a coil spring 26 to a guide sleeve 28.
  • Die Guide sleeve 28 is axially movable relative to the spindle 18.
  • a sliding bearing 30 is provided for this purpose.
  • the guide sleeve 28 can be connected to various components that serve to actuate functional units of a vehicle.
  • the guide sleeve 28 of the actuator 10 is connected to a shift fork 32, which is associated, for example, a manual transmission.
  • the guide sleeve 28 may for example also be connected to an actuation element, with which a parking brake can be actuated.
  • a rotational movement of the motor shaft 16 or the spindle 18 connected thereto is converted into a translational movement of the threaded nut 24. If the shift fork 32 can not be moved in a certain situation / is blocked - because, for example, just no new gear can be engaged - and the guide sleeve 28 can not be moved on the spindle 18 to the right.
  • the translational movement of the threaded nut 24 then causes the coil spring 26 to be compressed, thereby biasing the shift fork 32 to engage the new gear. If the situation changes in the transmission and the insertion of the desired new gear is possible, the built-up bias leads to the switching movement is now performed reliably.
  • the translational movement of the threaded nut 24 is "cached" by the coil spring 26 as long as movement of the guide sleeve 28 is blocked Without the caching, the involved components, in particular the motor 12, would be in danger of being damaged.
  • the transducer device 14 described above is therefore particularly suitable for applications in which a snap can be blocked in certain situations.
  • the "intermediate storage" of the actuator movement, due to the built-up bias, ensures that the translation movement is converted at the next available opportunity.
  • the described converter device 14 can be used, for example, in actuators for actuating claw clutches, multi-plate clutches and parking lock systems.
  • a "pushing" variant of the converter device 14 has been described with reference to FIG. 1, that is to say the spindle drive (spindle 18, threaded nut 24) pushes the guide sleeve 28 away from the motor 12 when the associated functional unit is actuated.
  • FIG. 2 shows an actuator 10 'with a "pulling" variant of the converter device 14.
  • the threaded nut 24 is moved starting from a neutral position toward the motor 12, whereby the coil spring 26 is pressed against the guide sleeve 28 Actuation is thus effected by a pulling movement of the guide sleeve 28 in the direction of the motor 12.
  • the "pulling" variant has an analogous function as the "pushing" variant.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wandlereinrichtung (14) zum Wandeln einer Rotationsbewegung eines Antriebselements (18) in eine Translationsbewegung eines Ausgangselements (28), wobei die Wandlereinrichtung eine Energiespeichervorrichtung (26) umfasst, die derart ausgebildet ist, dass durch die Energiespeichervorrichtung zumindest ein Teil einer durch die Rotationsbewegung erzeugten Bewegungsenergie zumindest zeitweise speicherbar ist.

Description

WANDLEREINRICHTUNG ZUM WANDELN EINER ROTATIONSBEWEGUNG IN EINE TRANSLATIONSBEWEGUNG UND AKTUATOR
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wandlereinrichtung zum Wandeln einer Rotationsbewegung eines Antriebselements in eine Translationsbewegung eines Ausgangselements.
Derartige Wandlereinrichtungen finden insbesondere in der Kraftfahrzeug- technik eine breite Anwendung. Durch sie wird eine Rotationsbewegung eines Motors in eine im Wesentlichen geradlinige Bewegung umgesetzt, die beispielsweise zur Aktuierung verschiedener Funktionseinheiten genutzt werden kann. Dabei tritt häufig das Problem auf, dass eine Aktuierungs- bewegung momentan nicht möglich ist und dass eine erzwungene Aktuie- rungsbewegung die beteiligten Komponenten stark belastet und gar schädigen könnte. Als konkretes Beispiel sei eine Parksperre genannt, die eine Sperrklinke mit einem Sperrzahn aufweist, der in eine Ausnehmung eines Klinkenrads eingreift, um eine mit dem Klinkenrad drehfest verbundene Welle zu arretieren. Das Eingreifen des Sperrzahns wird dabei durch eine auf die Sperrklinke wirkende Translationsbewegung bewirkt. In einer Situation, in der der Sperrzahn auf einen Klinkenradzahn zwischen den Ausnehmungen des Klinkenrads trifft, ist ein Einrasten der Parksperre nicht möglich. Eine unkontrollierte Zwangsbewegung zum Aktuieren der Parksperre führt dann zu hohen Belastungen der Sperrklinke und des Klinkenrads und kann diese und /oder den Aktuatormotor schädigen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Wandlereinrichtung zu schaffen, die der vorstehend genannten Problematik Rechnung trägt. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Wandlereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß umfasst die Wandlereinrichtung eine Energiespeicher- Vorrichtung, die derart ausgebildet ist, dass durch die Energiespeichervorrichtung zumindest ein Teil einer durch die Rotationsbewegung erzeugten Bewegungsenergie zumindest zeitweise speicherbar ist.
Durch die Energiespeichervorrichtung kann die Rotationsbewegung - bildlich gesprochen - „zwischengespeichert" oder „gepuffert" werden, um zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgegeben zu werden, insbesondere in Form einer Translationsbewegung. Bezogen auf das vorstehend geschilderte Beispiel einer Parksperre in einer „Zahn-auf-Zahn"-Situation bedeutet dies, dass eine Rotationsbewegung durch die Energiespeichervorrich- tung der erfindungsgemäßen Wandlereinrichtung aufgenommen wird, solange der Sperrzahn nicht einrasten kann. Bewegt sich das Klinkenrad geringfügig weiter, wird das Einrasten ermöglicht und die zwischengespeicherte Energie kann an die Sperrklinke abgegeben werden.
Die erfindungsgemäße Wandlereinrichtung puffert somit die ihr zugeführ- te Bewegungsenergie, bis diese wieder abgegeben werden kann. Diese Bewegungsenergie würde anderenfalls belastend/ schädigend auf die beteiligten Komponenten wirken.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Zwischenelement vorgesehen, dass mit dem Antriebselement antriebswirksam in Verbindung steht und das relativ zu dem Ausgangselement bewegbar ist. Die Energiespeichervorrich- tung ist derart ausgebildet, dass eine mit einer Relativbewegung des Zwischenelements und des Ausgangselements in Zusammenhang stehende Bewegungsenergie aufnehmbar ist. Eine Antriebsbewegung, die dem Antriebselement der Wandlereinrichtung eingangsseitig zugeführt wird, dient somit zunächst zur Bewegung/Verschiebung des Zwischenelements. Dieses ist nicht fest mit dem Ausgangselement verbunden, sondern kann in Bezug zu diesem unterschiedliche Positionen einnehmen, um die - beispielsweise von einem Aktuatormotor bereitgestellte - Antriebsbewegung zumindest teilweise und zumindest für eine gewisse Zeit aufzunehmen, bevor sie an das Ausgangselement der Wandlereinrichtung abgegeben wird. Der Energiespeichervorrichtung kommt somit die Aufgabe zu, die Relativbewegung in einer anderen Energieform zu speichern.
Grundsätzlich kann die Relativbewegung des Zwischenelements und des Ausgangselements eine relative Verdrehung sein, wobei die Energiespei- cherung durch eine entsprechende Feder, etwa eine Spiralfeder, erfolgt. Bevorzugt sind das Zwischenelement und das Ausgangselement jedoch in einer Richtung parallel zu der Translationsbewegung, insbesondere koaxial relativ zueinander bewegbar,
Eine konstruktiv einfache Ausführungsform der Wandlereinrichtung sieht vor, dass das Antriebselement eine Gewindespindel ist und das Zwischenelement eine entsprechende Gewindemutter ist, die zusammen einen Spindelantrieb bilden.
Bevorzugt umfasst die Energiespeichervorrichtung ein elastisches Element, wie etwa eine Schraubenfeder, das insbesondere derart angeordnet ist, dass sich seine Längsachserstreckung koaxial zu dem Antriebselement erstreckt. Die elastischen Eigenschaften des genannten Elements können an die jeweils vorliegende Situation angepasst werden, um entsprechende Pufferungseffekte/ -kennkurven zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft ferner einen Aktuator mit einem Motor und einer Wandlereinrichtung gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Antriebselement der Wandlereinrichtung antriebswirksam, insbesondere direkt mit einer Antriebswelle des Motors verbunden ist.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Aktuators mit der erfmdungsgemä- ßen Wandlereinrichtung,
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Aktuators mit einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wandlereinrichtung,
Fig. 1 zeigt einen Aktuator 10, der einen Motor 12 und eine Wandlereinrichtung 14 umfasst. Eine Motorwelle 16 des Motors 12 ist drehfest mit einer Spindel 18 der Wandlereinrichtung 14 verbunden. Die Spindel 18 ist an ihren Enden durch ein Kugellager 20 bzw. ein Nadellager 20' gelagert. Die Spindel 18 weist ein Außengewinde 22 auf, das mit einem Innenge- winde einer Gewindemutter 24 in Verbindung steht.
Bei einer Rotation der Motorwelle 16 wird die Spindel 18 in Rotation versetzt, wodurch eine Translationsbewegung der Gewindemutter 24 erzeugt wird (Spindeltriebj . Die Translationsbewegung der Gewindemutter 24 wird über eine Schraubenfeder 26 an eine Führungshülse 28 übertragen. Die Führungshülse 28 ist relativ zu der Spindel 18 axial verfahrbar. Zwischen der Führungshülse 28 und der Spindel 18 ist zu diesem Zweck ein Gleitlager 30 vorgesehen.
Die Führungshülse 28 kann mit verschiedenen Komponenten verbunden werden, die zur Aktuierung von Funktionseinheiten eines Fahrzeugs dienen. Die Führungshülse 28 des Aktuators 10 ist mit einer Schaltgabel 32 verbunden, die beispielsweise einem Schaltgetriebe zugeordnet ist. Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform kann die Führungshülse 28 beispielsweise auch mit einem Aktuierungselement verbunden sein, mit dem eine Parksperre aktuiert werden kann.
Wie vorstehend bereits beschrieben, wird eine Rotationsbewegung der Motorwelle 16 bzw. der damit verbundenen Spindel 18 in eine Translati- onsbewegung der Gewindemutter 24 umgesetzt. Falls die Schaltgabel 32 in einer bestimmten Situation nicht verfahren werden kann /blockiert ist - weil beispielsweise gerade kein neuer Gang eingelegt werden kann - kann auch die Führungshülse 28 nicht auf der Spindel 18 nach rechts verschoben werden. Die Translationsbewegung der Gewindemutter 24 führt dann dazu, dass die Schraubenfeder 26 komprimiert wird und dadurch die Schaltgabel 32 für das Einlegen des neuen Gangs vorspannt. Falls sich die Situation in dem Getriebe ändert und das Einlegen des gewünschten neuen Gangs möglich wird, führt die aufgebaute Vorspannung dazu, dass die Schaltbewegung nun zuverlässig durchgeführt wird.
Mit anderen Worten wird die Translationsbewegung der Gewindemutter 24 durch die Schraubenfeder 26 „zwischengespeichert", solange eine Bewegung der Führungshülse 28 blockiert ist. Ohne die Zwischenspeicherung würden die beteiligten Komponenten, insbesondere der Motor 12, Gefahr laufen, beschädigt zu werden. Die vorstehend beschriebene Wandlereinrichtung 14 eignet sich somit insbesondere für Anwendungen, bei denen ein Einrasten in bestimmten Situationen blockiert sein kann. Die „Zwischenspeicherung" der Aktuator- bewegung sorgt aufgrund der aufgebauten Vorspannung für eine Umsetzung der Translationsbewegung bei der nächsten sich bietenden Gelegenheit.
Die beschriebene Wandlereinrichtung 14 kann beispielsweise bei Aktuato- ren zur Aktuierung von Klauenkupplungen, Lamellenkupplungen und Parksperr-Systemen zum Einsatz gelangen.
Anhand von Fig. 1 wurde eine „drückende" Variante der Wandlereinrichtung 14 beschrieben, d. h. durch den Spindeltrieb (Spindel 18, Gewinde- mutter 24) wird die Führungshülse 28 bei einer Aktuierung der zugehörigen Funktionseinheit von dem Motor 12 weggedrückt.
Fig. 2 zeigt einen Aktuator 10' mit einer „ziehenden" Variante der Wandlereinrichtung 14. Bei einer Aktuierung wird die Gewindemutter 24 aus- gehend von einer Neutrallage zu dem Motor 12 hin verfahren, wodurch die Schraubenfeder 26 gegen die Führungshülse 28 gedrückt wird. Eine Aktuierung erfolgt somit durch eine Zugbewegung der Führungshülse 28 in Richtung zu dem Motor 12. hin Es ist klar ersichtlich, dass die „ziehende" Variante eine analoge Funktionsweise aufweist wie die „drückende" Vari- ante. Bezugsze iche nliste
10, 10' Aktuator
12 Motor
14 Wandlereinrichtung
16 Motorwelle
18 Spindel
20 Kugellager
20' Nadellager
22 Außengewinde
24 Gewindemutter
26 Schraubenfeder
28 Führungshülse
30 Gleitlager
32 Schaltgabel

Claims

Patentansprüche
1. Wandlereinrichtung zum Wandeln einer Rotationsbewegung eines Antriebselements (18) in eine Translationsbewegung eines Ausgangselements (28), wobei die Wandlereinrichtung eine Energiespeichervorrichtung (26) umfasst, die derart ausgebildet ist, dass durch die Energiespeichervorrichtung (26) zumindest ein Teil einer durch die Rotationsbewegung erzeugten Bewegungsenergie zumindest zeitweise speicherbar ist.
2. Wandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenelement (24) vorgesehen ist, das mit dem Antriebselement (18} antriebswirksam in Verbindung steht und das relativ zu dem Ausgangselement (28) bewegbar ist, wobei die Energiespeichervorrichtung (26) derart ausgebildet ist, dass eine mit einer Relativbewegung des Zwischenelements (24) und des Ausgangselements (28) in Zusammenhang stehende Bewegungsenergie aufnehmbar ist.
3. Wandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (24) und das Ausgangselement (28) in einer Richtung parallel, insbesondere koaxial zu der Translationsbewegung relativ zueinander bewegbar sind.
4. Wandlereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement eine Gewindespindel (18) ist und das Zwischenelement eine entsprechende Gewindemutter (24) ist, die zu- sammen einen Spindelantrieb bilden.
5. Wandlereinrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichervorrichtung ein elastisches Element (26) um- fasst.
6. Wandlereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element eine Schraubenfeder (26) ist, die insbesondere derart angeordnet ist, dass sich ihre Längserstreckung koaxial zu dem Antriebselement (18) erstreckt.
7. Aktuator mit einem Motor und einer Wandlereinrichtung nach zu- mindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Antriebselement (18) der Wandlereinrichtung antriebswirksam, insbesondere direkt mit einer Antriebswelle (16) des Motors (12) verbunden ist.
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